宇宙船は、これまでに宇宙に打ち上げられたどのロケット、プローブ、または機器よりも速く移動して、太陽系から飛び出します。宇宙に関する最も基本的な質問のいくつかに一度だけ答えるという大胆な使命があります。 NASA のジェット推進研究所の Slava Turyshev は、次のように述べています。 「他の惑星はありますか？それらを見ることができますか？生命はありますか？」
天文学者は、過去四半世紀にわたって、宇宙における私たちの位置に関する私たちの理解に革命をもたらしました. 1995 年、彼らは太陽に似た恒星を周回する最初のエイリアンの惑星を発見しました。それは彼らの食欲を非常に刺激したので、それ以来私たちは彼らを追い詰めてきました.最後のカウントでは、これらの系外惑星が 4,000 以上あります。それらのいくつかは、サイズと温度の両方で地球に似た特徴を持っているようにさえ見えます.生命が私たちの惑星で繁栄できるとすれば、それは系外惑星のいとこでも同じことをしている可能性があるため、それは鼓動を速め、しばしば見出しになります.
しかし、Turyshev にとっては、もどかしい落とし穴があります。 「私たちはこれらの惑星を推測していますが、見えません」と彼は言います。潜在的に地球に似た太陽系外惑星は、何百光年も離れたところにあることがよくあります。直接見るには遠すぎます。代わりに、通常、惑星が前を通過するときに星からの光がわずかに暗くなるのを見るか、惑星の引力により星がぐらつくのを見ることによって、それらの存在をからかう必要があります.
惑星の大気を通過する星の光をスキャンして、酸素と水の兆候を探しても、誤検知が発生する傾向があります。そのため、天文学者がこれらの惑星が実際に生命の大劇場の舞台であるという決定的な証拠を作成することは非常に困難です.宇宙の砂漠にある生命のない単なる蜃気楼ではないと誰が言えるでしょうか?もっと詳しく見てみたいと切望しているのも不思議ではありません。
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地球に似た太陽系外惑星を、たとえ写真の 1 ピクセルであっても、画像化するという課題は計り知れません。 「100 光年離れた別の地球を見たいのなら、直径 90 km の望遠鏡が必要です」とトゥリシェフは言います。その鏡は、ロンドン、パリ、ニューヨーク、東京を合わせたよりも広い領域をカバーします。現在、地球上で最大の望遠鏡には、直径約 10 m の鏡があります。
現在チリで建設中の新しい超大型望遠鏡でさえ、2025 年に完成するときには 39m の鏡しかないでしょう。 」 トゥリシェフは言います。より詳細な画像が必要な場合、つまり惑星について有益なことを教えてくれるような画像が必要な場合は、直径をさらに大きくする必要があります。
ただし、すべてが失われるわけではありません。トゥリシェフは、天文学の抜け穴を利用するという大胆なアイデアの背後にある頭脳です。これは、彼が「自然からの贈り物」と表現するものです。彼は、地球のような太陽系外惑星を、光年で最大のものである太陽を使って画像化するまったく新しい方法に取り組んでいます.
太陽のような巨大な物体は、周囲の空間構造をゆがめます。たとえば、地球は太陽が作る重力にしっかりと捕らえられているため、地球の周りの軌道にとどまっています。他の場所から太陽系に近づく光は、この空間の局所的な曲率に従うことを余儀なくされます。光は、重力レンズ効果と呼ばれる効果で、太陽の周りで曲がってしまいます。
巨大な虫眼鏡のように、太陽は遠く離れた系外惑星からの光を最大 1000 億倍に増幅します。太陽系外惑星の画像を見るには、太陽がその光を焦点に合わせる領域に宇宙船を持って行かなければなりません.
それは宇宙独自の巨大な望遠鏡であり、天文学者が構築することしか夢にも思わなかったものです。太陽は非常に多くの重労働を行っているため、光を捉えるために私たちが送る宇宙船には 1 メートルの鏡しか必要ありません。これは、ハッブル宇宙望遠鏡の鏡の直径の半分未満です。
この種の技術の可能性は非常に大きいです。惑星全体を単一のピクセルとして見るのではなく、Turyshev の計算では、太陽を使用することでピクセルあたり 20km の解像度を達成できることが示されています。 「大陸、海、気象パターンを見ることができるでしょう」と彼は言います。森や砂漠も現れるでしょう.
ロンドンのような大都市は、1 ピクセル以上を占有します。そのため、夜が明けて異星人の街の明かりが輝き始めると、地域の明るさが変化することに気付くことができるかもしれません。 「太陽重力レンズがあれば、すべてが可能になります」と Turyshev 氏は言います。
ただし、ミッションごとにエイリアンの太陽系を1つだけ探索することに制限されます. 「私たちは新しい星に向け直すことはできません」とトゥリシェフは言います。必要な正確な位置合わせは、撮影したい惑星が太陽の後ろに一直線上になければならないことを意味します。通常、私たちは探索したい惑星に向かいますが、そのためには、その惑星から正反対の方向に移動する必要があります.
同じ宇宙船で別の星系を探査するには、宇宙の別の領域に移動する必要があり、トゥリシェフの最初の提案の範囲を超えています。ただし、同じ星を周回する複数の惑星を探索することはできます。
TRAPPIST-1 システムは有望な最初の候補になる可能性があります。そこには地球とほぼ同じ大きさの惑星が 7 つあることがわかっており、同じミッションの一環として、それらを 1 つずつイメージすることができます。各惑星の肖像画をまとめるのに約 8 か月かかります。
これほど大きな見返りが期待できるのに、なぜこれがまだ試されていないのか不思議に思うかもしれません。その理由は、それが巨大なエンジニアリング上の課題だからです。太陽重力レンズは、典型的な太陽系外惑星の光を約 650 天文単位 (AU) 離れた観測可能な焦点にもたらします。ここで、1 AU は太陽と地球の間の距離です。
文脈上、太陽系で確認されている最も遠い惑星である海王星は、平均距離 30AU で太陽を周回しています。ボイジャー 1 探査機は、これまでに地球から最も遠くまで移動した探査機ですが、1977 年の打ち上げ以来、150AU の距離にしか到達していません。冥王星に向かう途中で、年間 3AU をわずかに超える速度です。同様の速度では、レンズの焦点まで移動するのにほぼ 200 年かかります。
「人間が生きているうちにそこにたどり着ける必要があります」とトゥリシェフは言います。特に、宇宙船を作る人々が彼らの労働の成果を見ることができるのは公正だからです.誰の内なる 6 歳児もせっかちです。私たちは、子供の頃の永続的な疑問に対する答えをできるだけ早く求めています。
これを成功させるには、惑星間ミッションで通常使用する推進力から離れなければなりません。代わりに、ソーラーセイルを装備した宇宙船は、年間 25AU の速度に達することができ、約四半世紀で到達できます。
ソーラーセイルは、ボートのセイルと同じように動作し、太陽によって吹き出される太陽風の突風を捉えたり、光のジェットストリームに乗ったりします。セイルに当たる太陽光の粒子は、空気の粒子と同じように船を推進します。地球。
「日本の IKAROS や [The Planetary Society の] LightSail のようなミッションは、すでに宇宙でのソーラーセイルの実証に成功しています」と Turyshev は言います。 「私たちはこれを行うために必要な技術をすでに持っています。」彼が提案した宇宙船には、それぞれの面積が 1,000 m の 16 枚の帆が装備されていました。 NASA は、その革新的な高度な概念プログラムを通じて資金を提供して彼の研究を支援するというアイデアに十分熱心です。
ウェストミンスター大学の宇宙生物学者であるルイス・ダートネル教授は、この見通しに興奮しています。 「このような未来的な技術を構築できれば、宇宙生物学にとって絶対的な恩恵となるでしょう」と彼は言います。 「これにより、天文学者は系外惑星がどれだけ居住可能かを評価するための非常に大きな能力を得ることができます。」
ニュージーランドのオークランド大学の Nicholas Rattenbury 博士も同意見です。 「生物圏と関連付けることができる外界の特徴を発見することは、センセーショナルなことです」と彼は言います。彼の熱意は注意を払って和らげられていますが。 「これは非常にやりがいのあるミッションです。系外惑星の発見で私が見た中で最も野心的な目標の 1 つです。」
では、このような複雑な夢を実現するための次のステップは何でしょうか? Turyshev は、ソーラーセイル推進システムが原理的に機能することを示すための縮小バージョンである、技術実証ミッションの飛行を計画しています。
「年間 7AU の速度に達するでしょう。これは現在の記録の 2 倍です」と彼は言います。それがうまくいけば、2035 年までに宇宙船を実際に打ち上げることができ、2060 年頃に太陽重力レンズの焦点に到達することを期待しています。それらを組み合わせるだけです」と彼は言います。
しばらく待たなければならないかもしれませんが、忍耐はプロセスの一部です。マサチューセッツ工科大学の太陽系外惑星ハンターであるサラ・シーガー教授は、「別の地球の探索は何世代にもわたる探索です」と述べています。
しかし、明日の望遠鏡について今日考えなければなりません。 「私たちは 100% 真新しいテクノロジーに投資したいと考えています。この世代で興味深い発見をしたい場合は、[それらが] 必要です」と彼女は言います。 TRAPPIST-1 などの興味深い星系のカタログを作成し続けて、今世紀後半に新しいミッションがオンラインになったときに準備を整えておく必要があります。
偶然にも、トゥリシェフが提案したタイムラインでは、地球軌道に到達した最初の衛星であるスプートニク 1 号の打ち上げ 100 周年から間もなく、最初の画像が返されます。天の海につま先を浸してから、異星人の惑星の広大な大都市を撮影するまでにわずか 100 年しかかからないとしたら、独自の太陽重力レンズを使用して地球を覗き込む他の文明が存在する可能性はありますか? 「もちろんです」とトゥリシェフは言います。 「銀河系のどこかに、私たちがここでどのように暮らしているかを知っている人がいることに疑いの余地はありません。」
彼の功績のおかげで、メンバーシップが太陽系を超えて広がっている天文学者のクラブに私たちが参加するのは時間の問題かもしれません.
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 362 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
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